Расчет и проектирование конструкции одноэтажного промышленного здания - файл n2.doc

Расчет и проектирование конструкции одноэтажного промышленного здания

Доступные файлы (2):

n1.dwg
n2.doc	676kb.	25.06.2011 20:08	скачать

n2.doc

5 Расчет и конструирование колонны

Для внецентренно сжатой колонны одноэтажного здания принят бетон В15, для которого E_b=20,5*10^-3 МПа; R_b=8,5 МПа; R_bt=0,75 МПа; R_bn и R_b,ser=11 МПа; R_btn=R_bt,ser=1,15 МПа.

Арматура класса А-III, расчетные характеристики R_s=365 МПа; Е_s=200000 МПа.

5.1 Расчет надкрановой части

Выбранные из предыдущего расчета усилия записываем в табл. 5.1.

Сечение колонны 50х60см, при а=а=4см, полезная высота сечения 56см.

Таблица 5

Усилия в сечении II-II	Комбинации усилий
	I (Mmax)	II (Mmin)	III (Nmax)
М, кН*м	-1,6	-54,76	-1,6
N, кН	449,04	355,4	499,04

Усилия от длит. действующей нагрузки: M_l=32,4 кН, N_l=324 кН.

При расчёте сечений на I и II комбинации усилий R_b следует умножать на коэффициент _b2=1,1; на III с _b2=0,9.

- комбинация усилий I (М_max):

эксцентриситет продольной силы:

е₀=М/N=160/449,04=0,36 см;

e_a ? (1/30)*h=60/30 = 2 см;

e_a ? (1/600)*H=400/600 = 0,677 см;

e_a ? 1 см;

е₀ = 2 см.

Расчётная длина надкрановой части колонны:

l₀ = 2*H₂ = 2*4 = 8 м;

определяем i = ?(h²/12) = ?(60²/12) = 17,32;

гибкость колонны: ?=l₀/i = 800/17,32=46,2 > 14 => необходимо учесть влияние прогиба элемента на его прочность;

l=b*h³=50*60³/12=9*10⁵ см⁴;

?_l=1+?*(M_1l/M₁) = 1+1*(129.6/232) = 1.6;

М_1l=M₁+N_l(h₀–a^/)/2=32,4+324*(0,56–0,04)/2=129.6 кН*м;

М₁=М+N(h₀–a^/)=-1,6+449,04*(0,56-0,04)/2=232 кН*м;

?_e=е₀/h=0,02/0,6=0,033

?_e,min=0,5-0,01*l₀/h-0,01*R_b=0,5-0,01*800/60-0,01*1,19*8,5=0,273;

принимаем ?_e=0,273;

?=Е_S/ E_b=200000/20500=9,76;

В первом приближении можно взять минимально допустимую величину армирования ?=0,004:

I_S= ?bh_o(0,5h-a)² = 0,004*50*56(0,5*60-4)²=7571,2см⁴;

величина критической силы:



Коэффициент увеличения эксцентриситета продольной силы:

? ==1,081;

Расстояние от направления действия продольной силы до центра тяжести сечения растянутой арматуры:

е=?е₀+0,5h-a=2*1,081+0,5*60-4=28,1 см;

При условии, что А_s = A_s/, высота сжатой зоны:

x=N/(_b2R_bb)=449,04*(1000)/1,1*8,5*(100)*50=9,6 см;

относительная высота сжатой зоны:

=x/h_o=9,6/56=0,17;

граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона:

?_R=?/(1+R_s/400*(1-w/1,1))=0,7752/(1+365/400*(1-0,7752/1,1))=0,611,

где w=0,85-0,008R_b=0,85-0,008*1,1*8,5=0,7752;

В случае =0,17< ?_R=0,611:

Аs=As’=(N*(e-h₀)+N/(2*R_b*b))/R_sc(h_o-a’) < 0,

арматуры по расчету не требуется, следовательно, назначаем конструктивно:

A_s=A_s¹=?_minbh₀=0,002*50*56=5,6 см²;

принимаем арматуру 3 Ш 16 A-III c A_S=A_S¹=6,03 см².

Определяем необходимость расчёта надкрановой части колонны из плоскости поперечной рамы:

l₀^/ = 1,5*H_в = 1,5*4 = 6 м;

l₀^//b = 6000/50 = 12 < 14 => расчёт не требуется.
5.2 Расчет подкрановой части колонны

Подкрановая часть колонны состоит из двух ветвей и распорок между ними. Высота всего сечения = 120 см; расстояние между осями ветвей с = 95 см; шаг распорок S = 200 см, n = 3 – число панелей в подкрановой части.

Сечение ветвей: b_c=50 см; h_c=25 cм; а=а’=4 см; h₀=21 cм;

Сечение распорки: b=50 см; h = 35см; h₀ = 31 см.

Подбор арматуры производим для сечения IV–IV, где действуют следующие комбинации усилий:

Таблица 6

Усилия в сечении IV-IV	Комбинации усилий
	I	II	III
М, кН*м	179,05	-125,06	-24,43
N, кН	535,85	535,85	968,15
Q, кН	17,95	-33,9	-24,3

Усилия от длительно действующей нагрузки: М_l=17,35 кН*м, N_l=535,85 кН.

Расчетная длина подкрановой части колонны:

l_o=1,5Н_н=1,5*8,35=12,525 м;

приведенный радиус инерции сечения двухветвевой колонны в плоскости поперечной рамы:

r²_red=c²/[4(1+3c²/²n²h²_c)]=95²/[4(1+3*95²/1,5²*3²*25²)]=718,72 см²;

r_red==26,8 см;

_red=l_o/r_red=1252,5/26,8=46,74>14, следовательно, необходимо учитывать влияние прогиба на величину эксцентриситета продольной силы.

Момент инерции сечения:

I=2[bh³_c/12+bh_c(c/2)²]=2[50*25³/12+50*25*(95/2)²]=56,45*10⁵ см⁴;

задаемся =0,0065 (для одной ветви), тогда приведенный момент инерции сечения арматуры:

I_s=2?b_ch_c(c/2)²=2*0.0065*50*25*(95/2)²36664 см⁴;

М₁=М+N(с/2–a)=179,05+535,85*(0,95/2-0,04)=412 кН*м;

М_1l=M_l+N_l(с/2–a)=17,35+535,85*(0,95/2-0,04)=250 кН*м;

_l=1+ М_1l/ М₁=1+1*250/412=1,6;

где =1 для изделий из тяжелого бетона;

при _е=е_о/d=0,33/1,2=0,275,

_е,min=0,5–0,01*l_o/d–0,01R_b?_b2=0,5–0,01*1252,5/120–0.01-1.1*8.5=0,302;

принимаем _е=0,302.

Величина условной критической силы:



Коэффициент увеличения эксцентриситета продольной силы:

;

N_br=N/2M/c=535.85/2179.05*1,05/1.2=267.93±156.7 кН;

N_br1=424,63 кН;

N_br2=111,23 кН (сжатие);

Изгибающий момент в ветвях составит:

М_br=Q*S/4=17,95*2/4=8,975 кН*м;

e_0в=8,975/424,63=0,021 м > e_a = 0,01 м;

e_в=2,1+25/2-4 = 10,6 см;

определяем:

?_n = N_br1/(_b2*R_b*b*h₀) = 424,63(1000)/(1,1*8,5*100*50*21) = 0,43 > 

> ?_R = 0,611;

см²

?=A_s/bh₀=2.24/50*25=0.002<0.0065*2=0.013 =>

арматуру принимаем конструктивно:

А_s = A_s^/ = 0,0065*50*21 = 6,825 см² — 318 А–III с А_s^/=A_s=7,63 см²;

в каждой ветви подкрановой части колонны устанавливаем по 618 А – III: три стержня слева и три стержня справа.

Проверка прочности наклонных сечений:

Q?/?_b3*_b2*R_bt*b*h₀,

Q = 0,5*Q_max=33,9*0,5=16,95 кН;

?_b3=0,6;

R_bt=0,75 МПа;

Q = 16950?0,6*1,1*0,75(100)*50*21 = 51975 Н = 52 кН,

то есть прочность по наклонному сечению достаточна и поперечные стержни устанавливаем конструктивно.

А) Проверяем необходимость расчёта подкрановой части колонны из плоскости поперечной рамы:

1₀^//i^/ = 668/14,4 = 46,3, что больше 1₀/i = 39,01, тое есть расчёт прочности из плоскости необходим;

поскольку 1₀^//i^/ = 46,3 > 14 учитываем влияние прогиба элемента на его прочность;

e_a=25/30=0,83см;

e_a=835/600=1,4 см;

e_a?1 см => принимаем e_a=1,4 см;

e=1,4+0.5(46-4)=22,4 см;

M_1l=0+535,85*0.224=120 кН*м;

M₁=0+535.85*0.224=120 кН*м;

?=1;

=1+120/120=2;

=1,4/50=0,028<min=0.5-0.01*668/50-0.01*1.1*8.5=0.27;

I=2*25*50³/12=5,21*10⁵ см⁴;

момент инерции сечения арматуры при 4Ш18 A-III с A_s= A_s^/ = 10,18 см²:

I_s=2*10,18*(50/2-4)² =0,0898*10⁵ см⁴;



коэффициент увеличения эксцентриситета продольной силы:

?==1,105;

e=1,4*1,11+50/2-4=22,55 см;

_n =535,85*1000/1.1*8.5*100*2*25*46=0,25<0.611;

^/=4/46=0,087;

_s=0,25*(22,55/46-1+0,25/2)/(1-0.27)=-0.13<0 — арматура назначается конструктивно по минимальному процентного армирования:

А_s=A_s^/=0,002*25*46=2,3 см²<10,18 см², следовательно, принятого ранее количества 4Ш18 A-III достаточно.

Б) Расчёт колонны на устойчивость из плоскости изгиба:

N = 535.85 кН; N_l = 535,85 кН.

При N_l/N = 535,85/535.85 = 1; l₀/b = 1252,5/50 = 25,05; значения коэффициентов ?_b = 0,41 и ?_sb = 0,615;

площади сечения арматур 12Ш18 — 30,54 см²;

несущая способность колонны:

?_b * ? * [_b2*R_b*A_b + R_sc*(A_s+A_s^/)] =

= 1*0,615*(1,1*8,5*100*1250*2 + 365*100*30,54) = 2123 кН > N = 535.85 кН;

поскольку N меньше несущей способности, то устойчивость колонны из плоскости обеспечена.

Расчёт промежуточной распорки:

M_ds=24,3*2/2=±24,3;

b=50; h=35; h₀=31;

A_s= A_s=243000/365*100*(31-4)=2,47 см²;

принимаем 3Ш12 A-III (A_s = A_s^/ =3,39 см²);

Q_ds=24,3*2/0,95=51,16 кН;

Q_b3_b2R_btbh_o,=0,6*1,1*0,75*100*50*31=77 кН > Q = 51.16 => расчёт прочности сечения на действие поперечной силы не нужен;

максимально допустимый шаг хомутов:

S_max=?_bn*_b2*R_bt*b*h₀²/Q_p = 1,5*1,1*0,75*100*50*31²/51,16*1000 = 108,5 см;

кроме того, шаг хомутов не должен превышать:

2*h_c = 2*25 = 50 см;

15*d₁ = 15*2 = 30 см;

устанавливаем поперечные стержни с шагом S = 30 см (Ш8 A-I);

для этих условий:

q_sw = R_sw*f*n/s = 175*100*0,503*2/30 = 587 Н/см;

величина Q_wb = 2*?(_b2*_b2*R_bt*b*h_o²*q_sw) =

= 2*?(2*1,1*0,75*100*50*31²*587) = 136 кН > 51,16 кН, то есть прочность по наклонному сечению обеспечена.

6 Расчёт фундамента под сплошную прямоугольную колонну.

Данные для проектирования:

расчетное сопротивление грунта R₀=0,45 МПа; бетон тяжелый класса В 12,5, R_bt=0,66 МПа; арматура А-II, R_S=280 МПа; вес единицы объема материала фундамента и грунта на его обрезах ?=20 кН/м³. Расчет выполняют на наиболее опасную комбинацию расчетных усилий в сечении 4-4: М=189,83 кН*м; N=1051,23 кН; Q=51,2 кН. Нормативное значение усилий определено делением расчетных усилий на усредненный коэффициент надежности по нагрузке ?_f=1,15, т.е. М_n=165,07 кН*м; N_n=916,72 кН; Q_n=44,52 кН.

Определение геометрических размеров фундамента:

глубину стакана фундамент принимаем 90 см, что не менее значений:

Н_ап?0,5+0,33*h_f=0,5+0,33*1,1=0,896 м;

Н_ап>1,5*b_col=1,5*0,5=0,75 м;

Н_ап??_апd=33*2=66 см,

где d=2 – диаметр продольной арматуры колонны;

?_аn=33 для бетона класса В 12,5.

Расстояние от дна стакана до подошвы фундамента принято 250 мм;

полная высота фундамента Н=900+250=1150 мм принимается 1200 мм, что кратно 300 мм;

глубина заложения фундамента при расстоянии от планировочной отметки до верха фундамента 150 мм Н₁=1200+150=1,35 м;

Фундамент одноступенчатый, высота ступени равна 1200 мм;

предварительно площадь фундамента определяют по формуле:

;

назначаем b/a = 0,8, следовательно a = ?(2,28/0,8) = 1,69;

b=0,8*1,69 = 1,35 м; принимаем a*b = 1,8*1,5 м.

Так как заглубление меньше 2 м, а ширина подошвы более 1 м, то необходимо уточнить расчётное сопротивление грунта основания:

R = R₀*(1+k₁*(B+b₀)/B₀)*(d+d₀)/2*d₀ =

= 0,45*(1+0,5*(1,5-1)/1)*(1,35+2)/2*2 =

= 0,33 МПа;

при пересчёте размеров фундамента:

А = 1,05*916,72/(330-20*1,35) = 3,15 м²;

a = 1,99 м; b = 1,59 м, принимаем a*b = 2,1*1,8 м;

площадь подошвы фундамента:

А=2,1*1,8=3,78 м²;

момент сопротивления:

W=(1,8*2,1²)/6=1,323 м³;

определяем рабочую высоту фундамента из условия прочности на продавливание по формуле:



где h=1,2 м – высота сечения колонны;

b_col=0,5 м – ширина сечения колонны;

p=N/A= 1054,23/3,78=278,9 кН/м²;

R_bt=?_b2R_bt=1,1*0,66=0,726 МПа=726 кН/м²;

полная высота фундамента:

Н=0,09+0,05=0,14м < 1,2 м, следовательно, принятая высота фундамента достаточна.

Определяем краевое давление на основание:

изгибающий момент в уровне подошвы:

М_nf=M_n+Q_nH=165+44,5*1,2=218,4 кН*м;

нормативная нагрузка от веса фундамента и грунта на его обрезах:

G_n=abH_f??_n=2,1*1,8*1,35*20*0,95=97 кН;

при условии, что:

< a/6 = 2,1/6 = 0,35 м;

=437 кН/м²;

=99,6 кН/м²;

Расчет арматуры фундамента.

Определяем напряжение в грунте под подошвой фундамента в направлении длинной стороны без учета веса фундамента и грунта на его уступах от расчетных нагрузок:

p_max=N/A+M_f/W=1054,23/3,78+251,27/1,323=468,82 кН/м²;

p_min=N/A-M_f/W=1054,23/3,78-251,27/1,323=88,97 кН/м²;

где M_f=M+QH=189,83+51,2*1,2=251,27 кН/м;

расчетные изгибающие моменты:

в сечении I-I:

M_I-I=1/24*(a-a₁)²(p_i-i+2p_max)b=(1/24)(2,1-1,8)²(442+2*469)*1,8=9,32 кН*м;

где a_i=a₁=1,8 м;

p_i-i=p_max-(p_max-p_min)/a*(a-a_i)/2=469-(469-89)/2,1*(2,1-1,2)/2=442 кН/м²;

требуемое сечение арматуры:

см²;

процент армирования ?=0,32/(180*115)*100=0,002%min=0,05%;

назначаем арматуру по ?_min=0,05%:

А_s=0,05*180*115/100=10,35 см²;

принимаем 10Ж12A-II с A_s=11,31 см².

Арматура, укладываемая параллельно меньшей стороне фундамента, определяется по изгибающему моменту в сечении II-II:

M_II-II=1/8(b-b₁)²p_IV-IV=1/8(1,8-0,5)²*279*2,1=124 кН*;

см²;

?=4,3/(210*115)*100=0,018% < ?_min=0,05%;

назначаем арматуру по ?_min=0,05%:

А_s=0,05*210*115/100=12,075 см²;принимаем 12Ш12 A-II c A_S=13,57 см².

Список использованной литературы:

1. 
   СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции. – М.: Стройиздат, 1985.
   
2. 
   СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. – М.: 1988.
   
3. 
   Байков В. Н., Сигалов Э. Е. Железобетонные конструкции. М.: Стройиздат, 1991.
   
4. 
   Мандриков А. П. примеры расчета железобетонных конструкций. – М.: стройиздат, 1989.
   
5. 
   Методические указания к курсовому проекту № 2. Расчет колонны.
   
6. 
   Методические указания к курсовому проекту № 2. Статический расчет поперечной рамы одноэтажного промышленного здания с мостовыми кранами .
   
7. 
   Методические указания к курсовому проекту № 2. Раздел 2. Компоновка конструктивной схемы одноэтажного промышленного здания с мостовыми кранами. .
   
8. 
   Справочник проектировщика «Типовые железобетонные конструкции зданий и сооружений для промышленного строительства» по ред. Бердичевского Г.И. М.: Стройиздат, 1981.